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研究亮点
HIGHLIGHTS
1. 建立了适用于森林生态系统服务的气候敏感矩阵生长模型。
2. 模拟了气候变化和森林经营对多功能性的影响。
3. 在气候变化的情况下，通过适当的经营，可以改善森林的多功能性。5%强度的上层抚育法（UST5）经营策略具有最高的生态系统服务多功能性。
01
研究背景
森林经营的目标已经从单一的木材生产，转向强调森林生态系统的多功能性。生态系统服务多功能性包括供给、调节、文化和支持服务，气候变化和森林经营是影响森林生态系统服务及其多功能性的关键因素，它们通过影响单个生态系统服务以及生态系统服务之间的协同和权衡关系来发挥作用。然而，气候变化和森林经营对多功能性的影响程度及其相对重要性仍不明确，尤其是对于天然混交林。由于森林结构复杂、影响因素众多且生长周期较长，在进行森林经营活动之前，全面了解森林如何响应经营情景至关重要。转移矩阵生长模型是林业中广泛应用的模拟工具，传统上被用于模拟森林生长动态以及探讨经营、气候和自然干扰对生物多样性、森林结构等的影响，但尚未用于预测生态系统服务的多功能性。因此，本研究的目的包括：（1）建立气候敏感的针阔混交林矩阵生长模型；（2）模拟未来气候变化情景下不同采伐方案对生态系统服务多功能性的影响；（3）提出多功能森林经营建议。
图1｜图文摘要
02
研究方法
研究利用吉林省的森林资源清查数据，建立气候敏感的转移矩阵生长模型；以该模型为基础，模拟不同采伐方案和气候情景对森林生态系统供给服务（以木材生产）、调节服务（碳储量、碳汇）、支持服务（树种多样性、枯立木蓄积）和文化服务（大树株数）的影响；采用平均值法量化生态系统服务的多功能性；采用方差分析检验不同经营和气候情景下森林多功能性的差异。4种气候变化情景包括SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5和气候不变情景；7种经营方案包括不采伐、常规抚育、上层抚育（UST；强度5%和10%）、下层抚育（LST；强度5%和10%）和综合抚育（强度5%）。
图2｜吉林省针阔混交林永久样地的空间分布
03
研究结果
木材生产受森林采伐的影响显著；树种多样性、枯立木蓄积和大树株数受到气候和经营两个因素的独立影响；而碳储量和碳汇则受到经营因素和气候与经营交互作用的影响显著。森林采伐对生态系统服务的影响超过了气候情景的影响；没有单一的森林经营情景能够最大化所有六项生态系统服务指标。
森林的多功能性受到经营的影响显著，受到气候和两者交互作用的影响不显著。在所有气候情景下，5%强度的上层抚育法（UST5）经营情景均表现出最高的多功能性，在气候不变、SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5气候情景下分别且比最低值（LST10经营情景下）高出21.54%、24.15%、24.81%和25.77%。
图3｜4种气候情景和7种采伐方案下生态系统服务（ES）指标的时间趋势
图4｜在4种气候情景和7种采伐方案下生态系统服务（ES）指标在模拟期间（2019-2099年）的平均值
图5｜生态系统服务多功能性在四种气候情景和7种采伐方案下的时间趋势
图6｜在4种气候情景和7种经营情景下生态系统服务多功能性在模拟期间（2019-2099年）的平均值
Cite this article
Du, X., Lei, X.D., He, X., Lan, J., Guo, H., Xu. Q.G., 2024, Ecosystem service multifunctionality of mixed conifer-broad-leaved forests under climate change and forest management based on matrix growth modelling. For. Ecosyst. 11, 100231. https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100231
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.fecs.2024.100231
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1. Plant functional trait diversity and structural diversity co-underpin ecosystem multifunctionality in subtropical forests
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《森林生态系统(英文)》（Forest Ecosystems）是由教育部主管、北京林业大学主办的林学、生态学类的开放获取学术期刊。主要收录森林生态系统、森林群落、森林环境、遥感、气候变化、大数据等相关研究领域的高质量、原创性研究论文和评论性文章。影响因子3.8，在中科院期刊分区表中居农林科学大类一区，林学小类一区。
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